浅谈微模块技术及实现

文｜ 深圳睿立方智能科技有限公司 朱利伟

浅谈微模块技术及实现

文｜ 深圳睿立方智能科技有限公司 朱利伟

此文重点对微模块数据中心的建设及微模块技术实现进行了探讨，期望对建设模块化数据中心用户提供参考。

数据中心；微模块；工厂预制

1 微模块介绍

模块化数据中心是以微模块为独立单位进行工厂预制、快速部署的数据中心，包含多个不同功能、功率的微模块配合使用，满足业务需求。

微模块是指以若干个IT机柜、配电单元、冷却单元、水分配单元等功能为基本单位，包含网络、布线、监控、消防等功能在内的独立运行单元。该模块内全部组件可在工厂预制，可灵活拆卸、搬运，在现场快速组装后投入使用。

2 困难与挑战

目前，国内数据中心规模趋向于集中化，数万、数十万面积的数据中心如雨后春笋般的涌现，从而使数据中心的能耗成倍增加。

数据中心发展带来的喜悦背后，也带来了困难和挑战。首先，集中化对数据中心可靠性要求更高；其次，大型数据中心系统越来越复杂，对后期监控、管理、运维等提出了更高的要求；再次，数据中心建设的资本投入越来越庞大，后续的运营成本也随之增长；最后，数据中心的运营越来越复杂，对人才的技能要求越全面，很难找到合适的团队运营。

用户快速增长的需求与有限供给之间也存在矛盾；服务器和网络需求的越来越趋向于多样性；用电量惊人，电网公司用电指标有限，且对电源可靠性要求极高；供电、制冷、安全等系统庞大，且与IT系统需求高度耦合。

3 微模块解决方案

3.1 配电系统

数据中心建设关注其运营效率，笔者对其做过一定分析，对于PUE小于1.2或1.25的数据中心，其采用两个技术或两个之间的一个，即通过自然冷却的方式对配电和UPS进行优化。

自然冷却适用于较大型数据中心，关于微模块建设本文先从配电探讨。UPS优化目前可分为原UPS及配电线路优化、模块化UPS发步部署、高压直流技术。下面将重点探讨高压直流在微模块中的应用。

高压直流是指由交流配电、整流器、蓄电池、直流分配和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等设备组成，设备厂商负责完成所有内部电气和机械的连接，用结构部件完整地组合在一起的连接，形成在一个共同的标称电压下工作的设备和导线的一种组合体。

目前主流高压直流设备的电压为240V和380V，由于内部少了一次直交流转换的过程，在服务器端又可节省一次交直流转换过程，因此可提高供电系统效率。另外，高压直流还具有高频滤波体积小、可靠性高、能耗低、可维护性好、占地面积小、投资成本低等特点，将推动高压直流逐步替代传统的UPS。

3.2 制冷系统

随着云计算数据中心向虚拟化、集中化、高密化发展，单机柜发热量不断增大，为了提高数据中心的运营效率、降低能耗、实现在线扩容等，因此，数据中心对空调系统提出了更高的要求。基于以上因素，模块化数据中心推行微模块行间制冷，隔离封闭冷/热通道，实现近距离横向送风，达到高效节能、局部风循环、冷却效果更好、能耗更低的目的。

微模块建设方案对空调气流组织系统进行优化设计。采用就近行间送风的方案，可大大提高空调系统的效率，同时送回风都处于较小范围内，使得气流组织互不干扰，可将每个行间空调及附近的几个机柜作为一个制冷单元来考虑，这样可提高制冷效率，实现快速建设、扩容互不影响的目的。

3.3 监控系统

3M（Micro Module Management）微模块监控管理系统对配电系统、高压直流系统、电池系统、制冷系统、通道环境系统、机柜微环境系统、漏水检测系统、风压系统、消防系统、防盗系统、门禁系统、视频系统等进行实时监控。

但随着集中式大规模模块化数据中心建设步伐的加快，传统的互联网监控软件架构已经很难适应新型数据中心的发展，导致监控软件运行不流畅、监控服务器主机宕机等问题的出现，给网络数据安全带来了极大的隐患，导致用户体验差、操作效率低。

4 微模块实施案例

4.1 微模块规格设计

IT微模块包含1个配电单元、1个高压直流整流单元、2个电池单元、1个冷量分配单元、6台精密空调、1个管控单元、1套监控组件、1套消防组件、1套封闭通道组件、1套底座及微模块内布线桥架等。

（1）该项目微模块按照12个整机柜服务器容量设计，单机柜最大可支持12kW/rack，单个微模块IT设备总功率不超过120kW。IT微模块自身不带机柜，为整机柜上架预留适当的接口。

（2）冷通道封闭设计，多个空调在冷通道形成冷池，在一个或多个风扇发生故障时，仍可维持模块正常冷量供给。

（3）冷量分配单元放置于机柜内，主供回水关口预留法兰连接，现场接入基础设施冷冻水系统，可多预留供回水管路，以便二期扩容使用；现场使用水管连接到各精密空调；分配单元周围需安装漏水检测装置。

（4）封闭通道顶部采用与消防联动的自翻转天窗，并在通道内顶部适当位置吊装监控、烟感、火感、照明等部件；封闭通道两侧采用带封闭窗户平开门，安装门禁后可通过窗户观察微模块内部情况。

（5）微模块采用ToR走线形式，走线架位于机柜上部，强电、弱电隔离；制冷采用CCU-WC系统，冷冻水管路、冷凝水管模块底座下走管，从底座下方连接冷量分配单元及各精密空调。

（6）微模块底座采用钢架结构，模块式拼装，满足搬运安装灵活、外形美观的要求。

4.2 微模块基础设施监控

使用3M系统对微模块内基础设施进行监控，包括智能电量仪、ATS、PDU、高压直流系统、电池监测仪、行间空调、通道环境温/湿度、机柜微环境、漏水检测、模块内外压差、红外、烟感、门禁、视频等监控。

5 微模块建设优势

（1）模块化、标准化、产品化：微模块实现标准模块化，部署方便，只需要根据客户的IT需求、建筑空间，即可提供模块化的建设方案，保证数据中心安全可靠、后期扩容互不影响、高效节能，最大化的提高交付速度。

（2）低成本：模块化数据中心采用端到端的服务，为客户节省设计费，可缩短资金的占用周期，提高运营效率，减少日常运行费用，缩短投资回报期，最大化提高客户的资金使用率。同时，标准模块化产品有助于降低后期运营成本。

（3）少工程：微模块集成配电、制冷、机柜、消防、安防、监控等系统，标准化快速可叠加，整机可进行工厂预制。行间精确制冷，无需采用传统的数据中心静压箱送风方式，减少静电地板设计和铺设的工程量。

（4）可扩展：微模块扩展性好，可实现数据中心分期、分批建设。大楼主体及水电一次性建设完成，重点对电力需求规划完整，空调水路预留接口，即可实现按需部署、在线扩容、灵活调度。

（5）易管理：3M微模块监控管理系统对数据中心微模块进行监控，实时在线监测各模块间动力、环境、安防、消防等状况，通过丰富的报警手段保障数据中心安全运营，增加运维效率，对人员调配策略可进行优化，及时高效地处理故障隐患。